Содержание
Ветрогенератор своими руками
Роторный ветрогенератор своими руками
В ветрогенераторах промышленного производства обычно используют винтовые пропеллерные двигатели. В отличие от роторных, они имеют весомое преимущество – более высокий КПД. Но винтовые двигатели значительно сложнее изготовить, поэтому если вы хотите сделать ветрогенератор своими руками, а попросту – самодельный ветрогенератор, рекомендуют применять именно роторные двигатели.
Свободная энергия своими руками, Энергия ветра, ветрогенератор своими руками,роторный ветрогенератор,самодельный ветрогенератор, ветряк своими руками
Рис. 1. Схема роторной ветроэлектроустановки:
1 — лопасти, 2 — крестовина, 3 —вал, 4 —подшипники с корпусами, 5 — соединительная муфта, 6 — силовая стойка (швеллер № 20), 7 — коробка передач, 8 — генератор, 9 — растяжки (4 шт.), 10 — ступени лестницы.
Важная деталь: ротор необходимо поднять достаточно высоко – на 3-4 метра над уровнем земли.
Тогда ротор окажется в зоне свободного ветра, а зона завихрений от обтекаемых ветром строений останется ниже его. ВЭУ, высоко поднятая над землей к тому же будет выполнять функцию молниеотвода, а это для сельской местности немаловажно.
Рис. 2. Крепление лопастей ротора на крестовине:
1 — лопасти, 2 — крестовина, 3 — вал, 4 — болты крепления (М12—М14).
В конструкции, предложенной В. Самойловым, ротор имеет 4 лопасти, что обеспечивает ему более равномерное вращение. Ротор как парус корабля – важнейшая часть ветряка. Его форма и размеры лопастей играют особую роль – от них зависит мощность, а также скорость вращения вала ветрового двигателя. Чем больше будет общая поверхность лопастей, которые образуют ометаемую поверхность, тем меньшим будет число оборотов ротора.
Рис. 3. Двухъярусное роторное колесо:
1 — подшипник, 2 — корпус подшипника, 3 — дополнительное крепление вала четырьмя растяжками, 4 — вал.
Ротор вращается благодаря аэродинамической несимметричности.
Поток ветра, набегающий поперек оси ротора, соскальзывает с округлой стороны лопасти и затем попадает на ее противоположный карман. Разность давлений на округлую и вогнутую поверхности создает тягу, которая, раскручивая ротор, приводит его в движение. Такой ротор имеет большой крутящий момент. Мощность ротора диаметром 1 м соответствует пропеллеру с тремя лопастями диаметром 2,5 м.
При резких колебаниях ветра роторные ветродвигатели обеспечивают более стабильную работу, чем винтовые. К тому же, роторы имеют тихий ход, работают при любом направлении ветра, но при этом могут развивать лишь от 200 до 500 об/мин. При сильных порывах ветра роторные ветроколеса в разнос не идут. Повышение количества оборотов асинхронного генератора не дает рост напряжения на выходе. Поэтому мы не рассматриваем автоматическое изменение угла лопастей ротора при разных скоростях ветра.
Существуют разные виды роторных ветрогенераторов на вертикальном валу. Вот некоторые из них:
1. Четырехлопастое роторное ветряное колесо тихоходное, имеет КПД до 15%.
2. Двухъярусное роторное колесо немного проще, и имеет более высокое КПД (до 19%), а также развивает большее по сравнению с четырехлопастным, число оборотов. Но, чтобы сохранить прочность и жесткость установки, целесообразно увеличивать диаметр вала.
3. Ротор Савониуса развивает меньшее количество оборотов по сравнению с двухлопастным. Коэффициент применения ветровой энергии не выше 12%. В основном используется для привода поршневых насосов.
4. Карусельное ветряное колесо — простейшая конструкция. Колесо развивает малые обороты, а также, имея низкую удельную мощность, обладает КПД — до 10%
Ниже рассмотрим самодельный ветрогенератор, разработанный на основе четырехлопастного ветроколеса.
Лопасти ротора можно сделать из железной бочки на 100, 200 или 500 литров. Бочку нужно разрезать шлифмашиной, а вот резать сваркой в этом случае недопустимо, т.к. металл покоробится от высокой температуры. Усилить борта вырезанной лопасти можно, приварив к ним прутья арматуры или катанки диаметром от 6 до 8 мм.
Лопасти первого ротора нужно прикрепить к 2 крестовинам 2 болтами М12…М14. Верхняя крестовина вырезается и листа стали толщиной 6…8 мм. Между бортами лопастей и валом ротора необходим зазор 150 мм. Нижняя крестовина должна быть более прочной, ведь на нее приходится общий вес лопастей. Чтобы ее изготовить, нужно взять швеллер длиной не меньше 1 м ( что будет зависеть от применяемой бочки), и с высотой стенки 50-60 мм
Строительная часть и главный вал.
В рассматриваемой ВЭУ рама из уголков для закрепления генератора приварена к стойке, изготовленной из швеллера. Нижний конец стойки соединен с угольником, забитым в землю. Вал 3 ротора целесообразней сделать из двух частей, тогда будет удобней растачивать его концы под подшипники. Подшипники в корпусах (буксах), соответствующих по размерам валу, закрепляются на стенке швеллера болтами. Части вала ротора сваривают между собой или соединяют на шпонке. Диаметр вала составляет 35—50 мм.
К одной из полок швеллера рассматриваемого ВЭУ приварены куски труб длиной 500 мм м диаметром 20 мм, выполняющие роль лестницы.
Стойка погружена в землю не менее, чем на 1200 мм в глубину, а также для предотвращения качки и дополнительной устойчивости закреплена 4-мя растяжками. Для защиты от ржавчины ветровую энергоустановку можно покрасить алюминиевой пудрой, замешанной на основе олифы.
Рис. 4. Возможные схемы укрепления роторных ветроколес на вертикальном валу:
а, б — карусельные ветроколеса; в — ветроколесо Савониуса.
Рис. 5. Лопасть ветряка, изготовленная из 1/4 бочки и схема раскроя:
1 — отверстие крепления к крестовине, 2 — усиление борта, 3 — контур лопастей.
Электросхема.
Изготавливая своими руками ветрогенератор для дома, проще всего использовать электросистему автомобиля или трактора. Исходя из ее мощности, определяются эксплуатационные возможности ВЭУ. Поэтому необходимо применять электроузлы таких достаточно мощных автомашин, как автобус или трактор. Важно помнить, что использовать подобные узлы необходимо комплектно: аккумулятор, реле-генератор, генератор.
Например, для генератора Г 250-Г 1 вполне подойдут реле-регулятор РР 362, а также аккумулятор 6 СТ 75.
Рис. 6. Схема электрооборудования ВЭУ, взятое от автомобильного генератора на 12 В:
1 — генератор, 2 — реле-регулятор, 3 — аккумулятор, 4 — амперметр, 5 — выключатель генератора от разряда аккумулятора в безветренную погоду, 6 — выключатель освещения, 7 — предохранитель, 8 — лампочки освещения.
В случае, если ветряк укомплектован автогенератором на 24 В, лучше использовать марку Г-228 с мощностью 1000 Вт. Подобные генераторы имеют более надежное реле напряжения, особенно в сравнении с интегральными регуляторами напряжения марки Я-120. Вместе с тем, постоянное напряжение 12 В, получаемое с автогенератора, не очень удобно для освещения, т.к. необходимо учитывать специфику цоколей автолампы и патронов. Хоть лампочки на 12 В бывают и с обычным цоколем Ц-27, их трудно найти в продаже.
Рис.
7. Схема электрооборудования ВЭУ от автомобильного генератора на 24 В:
1 — генератор Г-288, 2 — регулятор напряжения 11.3702, 3 — аккумуляторы 6СТ75, амперметр АП-170, 4 — амперметр, 5 — выключатель генератора от разряда аккумуляторов в безветренную погоду, 6 — выключатель освещения, 7 — предохранитель, 8 — лампочки освещения.
Чтобы перейти от постоянного тока к переменному, нужно изготовить преобразователь напряжения. При необходимости переменный ток без проблем можно превращать в постоянный, используя мостовой выпрямитель.
Преобразователь мощностью 100 Вт позволяет включать две лампочки накала или дневного света по 40 Вт на 220 В. Схема преобразователя довольно проста. Он не требует настройки, достаточно надежен в работе и имеет внушительный КПД (более 80%).
Ветряк своими руками или как получить свет с помощью ветра — ВикиСтрой
Принцип работы ветрогенераторов
Принцип работы во всех модификациях ветряков одинаков. В процессе вращения лопастей образуется три вида физического воздействия: подъемная, импульсная и тормозящая силы.
В результате воздействия этих сил статор приходит в движение, а ротор на неподвижной части генератора начинает создавать магнитное поле и электрический ток движется по проводам.
Вариантов исполнения ветрогенераторов большое количество, отличаются они не только мощностью, но и своим внешним видом. Структура большинства ветряков включает в себя: генератор, лопасти, инвертор, мультипликатор. Инвертор используется для преобразования полученного заряда в постоянный ток. Мультипликатор — это редуктор, который предназначен для увеличения числа оборотов вала. Устанавливают редукторы не на все ветряки, в основном только на большие и мощные ветровые установки.
Трехфазный переменный ток образуется благодаря вращению ротора. Полученная энергия направляется через контроллер к аккумуляторной батарее. Далее инвертор преобразовывает ток и делает его стабильным, именно в таком виде его можно подавать для питания бытовых приборов или освещения.
Как самостоятельно изготовить ветрогенератор вертикального типа
Изготовить ветряк можно самостоятельно в домашних условиях.
Для начала нужно определиться с видом ветрогенератора. В зависимости от своей конструкции ветроустановки бывают:
- с вертикальной осью вращения: ротор Дарье, ветрогенератор Савониуса;
- с горизонтальной осью вращения: параллельной или перпендикулярной потоку ветра.
Некоторые модели ветряков совмещают в себе несколько типов установок. Рассмотрим пример создания гибридного ветряка, который совмещает в себе конструкцию ветровых генераторов типа Савониуса и Дарье.
Собираем ротор
Чтобы собрать ротор, необходимо приобрести:
- 6 неодимовых магнитов D30хh20 мм;
- 6 ферритовых кольцевых магнитов D72xd32xh25 мм;
- 2 металлических диска D230хH5 мм;
- эпоксидная смола или клей.
Вместо металлических дисков можно использовать пильные диски подходящего размера. На одном диске размещают 6 неодимовых магнитов, чередуя их полярность, угол между ними должен быть 60 градусов на диаметре 165 мм.
На втором диске по такому же принципу располагают ферритовые кольцевые магниты.
Чтобы магниты не сдвинулись во время работы ветряка, их нужно хотя бы до половины залить эпоксидным клеем.
Изготавливаем статор
Сначала необходимо намотать 9 катушек по 60 витков, для этого используют эмалированный медный провод диаметром 1 мм.
Далее катушки спаивают между собой: начало первой катушки с концом четвертой, четвертая с седьмой. Вторая фаза точно так же соединяется через две катушки, только спаивать начинают со второй катушки. Соединение третьей фазы начинается с третьей катушки.
Из фанеры изготавливается форма, в нее укладывают пергаментную бумагу, сверху которой кладут кусок стекловолокна и катушки.
Все это заливается эпоксидной смолой. Через 24 часа из формы извлекается готовый статор.
Сборка генератора
Все части генератора готовы, осталось их только собрать.
Сам генератор будет крепиться к кронштейну с хабом с помощью шпилек. Детальнее рассмотрим процесс сборки.
Этапы сборки генератора:
- в верхнем роторе проделывается 4 отверстия с резьбой под шпильки. Они необходимы для того, чтобы ротор плавно «садился» на свое посадочное место;
- в статоре проделывается 4 отверстия под крепление кронштейна;
- на кронштейн укладывается нижний ротор магнитами вверх, в нем также просверливается 4 отверстия под резьбу для шпильки;
- на нижний ротор кладут статор;
- сверху укладывают второй ротор магнитами вниз. Все это фиксируется между собой и кронштейном с хабом шпильками и гайками.
Хаб (фланец с подшипниками) нужно приобрести отдельно: нижняя часть хаба должна быть диаметром под 1,5 дюймовую трубу.
Очередность крепления всех деталей более детально представлены на схеме ниже:
1 — соединительный элемент; 2 — опора лопастей; 3 — верхняя часть ротора; 4 — магнит; 5 — втулка; 6 — статор; 7 — нижняя часть ротора; 8 — гайка; 9 — шпилька; 10 — хаб; 11 — ось; 12 — кронштейн для крепления статора
Изготавливаем лопасти
Лопасти можно изготовить из дерева, стеклоткани и других материалов.
Быстрее и легче эту часть ветрогенератора смастерить из канализационной ПВХ трубы. Лучше использовать трубы оранжевого цвета, так как они обладают хорошей плотностью и не боятся попадания прямых солнечных лучей.
Для вертикального ветрогенератора понадобится 4 лопасти из ПВХ трубы и 2 ортогональные (изогнутые) лопасти из оцинкованной жести. Такая конструкция позволит вращаться ветряку даже в условиях слабого ветра со скоростью 2–3 м в секунду. Берем метровые отрезки ПВХ трубы и разрезаем их вдоль на 2 равные части. Из жести вырезаем полукруги по размерам будущей лопасти и крепим их с помощью болтов по краям трубы.
Чтобы изготовить ортогональные лопасти, вам понадобится стандартный оцинкованный лист стали толщиной 0,75 мм. Сначала ножницами по металлу вырезается два отрезка размером 1х0,4 м и четыре отрезка в виде капельки. Потом отрезки стали нужно согнуть и по краям прикрепить отрезки «капельки».
Крепят лопасти по кругу на каркас, его можно сварить из профильной квадратной трубы 20х20 и уголков 25х25.
Размеры каркаса и расстояние между лопастями можно увидеть на схеме ниже:
Сборка конструкции ветрогенератора
Из водопроводных труб различного диаметра сваривается мачта, высота ее зависит от местности, где будет располагаться ветрогенератор, и условий его эксплуатации, но в любом случае он должен быть выше крыши дома.
Заранее под секционную мачту нужно подготовить трехточечный армированный фундамент. К готовой мачте на земле прикручивается генератор. Далее к генератору прикрепляется болтами каркас с лопастями. Мачта с ветряком крепится к фундаменту с помощью двух шарнирных опор и посредством лебедки поднимается в вертикальное положение. После подъема мачты третья опора с помощью болта прикручивается к основанию ветряка. Дополнительно мачту нужно зафиксировать с помощью растяжки.
Электрическая часть
Ветряк будет выдавать 3-х фазный переменный ток. С помощью мостового выпрямителя, состоящего из 6 диодов, преобразовываем его в постоянный ток.
Это дает возможность заряжать аккумулятор на 12 В. Для контроля зарядки аккумулятора и предотвращения его перезарядки используют стандартное реле зарядки автомобиля РР-380.
К аккумулятору подключают инвертор, который позволяет преобразовать полученные 12 В постоянного тока в 220 В переменного частотой 50 Гц.
Результат работы ветряка: расчет эффективности
Тестовые испытания ветрогенератора при разной скорости ветра показали следующие результаты:
- при скорости ветра 5 м/с получаем 60 об/мин — 7 В и 2,3 А = 16 Вт;
- при скорости ветра 10,6 м/с получаем около 120 об/мин — 13 В и 3,4 А = 44 Вт;
- при скорости 15,3 м/с примерно 180 об/мин — 15 В и 5,1 А = 76,5 Вт;
- при скорости ветра 18 м/с получаем 240 об/мин — 18 В и 9 А = 162 Вт.
В основном ветряк выдает 16–45 Вт, так как ветер более 15 м/с бывает редко. Однако, если поставить скоростной винт, тогда можно получить более высокие результаты.
Герей Татьяна, рмнт.ру
15.03.17
Энергия ветра на вашем заднем дворе
Возможно, вы думаете, что хотите производить электроэнергию самостоятельно. В конце концов, кому действительно нравится платить за коммунальные услуги? Энергия малого ветра возобновляема, не загрязняет окружающую среду и может сэкономить ваши деньги. Но подходит ли вам домашняя ветровая энергия? Удивительно, но на самом деле вам не обязательно жить в ветреной местности, чтобы это работало! На самом деле, многие свойства не подходят для установки ветряной турбины, даже если они имеют сильный ветер. Просто примечание: эксперты по возобновляемым источникам энергии предлагают устанавливать гибридные системы ветровой и солнечной энергии для автономной жизни. Эти системы работают хорошо, потому что энергия ветра и солнца наиболее доступна в разное время.
Автономная ветряная электростанция для жилых помещений
Чтобы домашняя ветряная турбина окупила ваши инвестиции, вам действительно нужно жить на акре или более , по данным Министерства энергетики США.
Проживание в сельской местности помогает, потому что, если вы находитесь в жилом районе, вы, вероятно, столкнетесь с конфликтами с зонированием и местными ассоциациями домовладельцев. Более того, вы, скорее всего, обнаружите высокую среднюю скорость ветра на широких открытых пространствах вдали от ветрозащитных полос от зданий и деревьев.
Хотя установка небольшого ветряка в городе или пригороде, безусловно, возможна, у вас, скорее всего, будут подходящие условия для домашней ветровой энергии, если вы живете за чертой города.
Домашняя ветровая электростанция, подключенная к сети
Если вашей главной целью является самодостаточность энергии, вы можете отказаться от сети. Но если вы просто заинтересованы в производстве собственной ветровой энергии для жилых помещений, система, подключенная к сети, может иметь большой смысл. Каждый раз, когда ваша ветряная турбина производит больше энергии, чем нужно вашему дому, эта энергия поступает в местную коммунальную сеть.
Когда вам нужно больше энергии, чем вы производите, вы черпаете энергию из сети. Системы, подключенные к сети, дешевле, потому что вы можете установить меньшую и менее дорогую систему; без ответственности за производство всего собственного электричества. Если вы постоянно вырабатываете больше электроэнергии, чем вам нужно, вы можете получить наличные обратно от коммунальной службы.
Общая стоимость ветряной турбины мощностью 1 киловатт составляет около 9000 долларов США, без учета аккумуляторов. При средней скорости ветра 9 миль в час предполагаемая годовая выработка составляет около 1800 кВтч. Для системы, достаточно большой, чтобы обеспечить всю вашу собственную энергию, скажем, около 960 кВтч в месяц для среднего дома в США, затраты могут быть значительно выше.
Налоговые льготы для ветроэнергетики
В Соединенных Штатах небольшие ветряные турбины в настоящее время имеют право на получение федерального налогового кредита в размере 30 процентов.
Другие финансовые поощрения могут быть доступны в вашем штате или через отдельные коммунальные службы. Посмотрите Базу данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности.
Руководство по ветру Министерства энергетики рекомендует в качестве минимальной средней скорости ветра 10 миль в час, если вы хотите рассмотреть возможность установки турбины, подключенной к сети.
Вы можете узнать о ветровых условиях вблизи вашего дома, изучив карты ветровых ресурсов или запросив в ближайшем аэропорту данные о средней скорости ветра.
Что нужно знать домовладельцам о ветроэнергетике?
Высота башни. Вам действительно нужна эта высокая башня, потому что средняя скорость ветра существенно увеличивается с высотой. Для небольшой турбины жилого размера она должна быть не менее 80-100 футов в высоту.
Ветряные турбины, установленные на более коротких башнях, могут производить некоторое количество электроэнергии, но не столько, сколько вам нужно, и заставить работать финансовую сторону ветра сложно, если вы не производите достаточно энергии.
Монтаж на крыше. Никогда не ставьте ветряк на крышу . Это небезопасно, неэкономично и неразумно. Большая часть расходов на турбину приходится на башню, и люди ищут способы немного сэкономить. Это не способ сделать это.
Если вы хотите, чтобы ветряная турбина была продуктивной, она должна быть значительно выше уровня крыши, чтобы иметь возможность генерировать много электроэнергии.
Сертификация. Не поддавайтесь соблазну новой конструкции ветряной турбины, которая звучит прекрасно, но не проверена. Ищите признанных производителей с проверенной репутацией и сертифицированными результатами испытаний, которые показывают, сколько электроэнергии вы сможете производить.
НЕ покупайте ничего, что не было опробовано, не проверено или не было сертифицировано Советом по сертификации малых ветров, и точка.
Безопасность.
Убедитесь, что турбину можно безопасно обслуживать и эксплуатировать. Убедитесь, что башню можно безопасно опустить на землю. Рассмотрите наклонную башню, а не ту, которая требует, чтобы вы работали с ветряной турбиной на высоте 100 футов в воздухе.
Что делать, если домашняя энергия ветра вам не подходит?
Все готово для использования возобновляемых источников энергии в домашних условиях, но вы понимаете, что установка домашней ветряной турбины на заднем дворе не имеет особого смысла. Каковы ваши альтернативы?
Попробуйте солнечной энергии . Многие участки, которые не подходят для ветряных турбин, сильно подвержены воздействию солнечных лучей, а стоимость солнечных электрических панелей аналогична той, которую вы заплатили бы за ветряную турбину.
Вы можете купить вариант ветровой энергии в коммунальной службе или попробовать ветряные электростанции. Узнайте, что доступно там, где вы живете, с помощью Green Power Resource Агентства по охране окружающей среды.
Сколько стоит домашняя ветряная турбина?
Вопрос о том, как производится энергия, чрезвычайно важен сегодня, поскольку большая часть энергии, производимой в мире, зависит от сжигания ископаемого топлива, что приводит к ущербу и загрязнению окружающей среды.
Возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнечная энергия, становятся все более распространенными и популярными, поскольку многие землевладельцы изо всех сил стараются решить проблему невозобновляемых ресурсов и найти более чистые варианты производства и использования энергии. Согласно
Отчеты о рынке ветроэнергетики, подготовленные Energy.gov за 2021 г., энергия ветра была одним из крупнейших источников выработки электроэнергии в США в 2020 г.
Одним из вариантов, который в последнее время становится все более популярным, является установка ветряных турбин, и это может быть сделано как на жилой, так и на коммерческой недвижимости, однако стоимость может варьироваться в зависимости от того, сколько энергии требуется и сколько площади необходимо покрыть.
Ветроэнергетические системы претерпели значительные изменения со времени появления первых опций, доступных для покупки в те времена. Сегодня домовладельцы могут приобрести домашние комплекты генератора электроэнергии своими руками у некоторых известных розничных продавцов, таких как
Home Depot или через местные энергетические программы, предлагаемые местными коммунальными предприятиями. Приятно отметить, что поиск признанного профессионала для выполнения установки может быть полезен как для самой установки, так и иногда в рамках профессиональных программ могут предлагаться определенные стимулы для экологически чистой энергии.
В Соединенных Штатах небольшие ветряные турбины могут использоваться в жилых или автономных проектах. По данным ACP, эти небольшие ветряные турбины могут стоить от 3000 до 5000 долларов за киловатт энергетической мощности, что составляет около 15 000–75 000 долларов за ожидаемые затраты на установку.
(Американская ассоциация чистой энергии).
Факторы, влияющие на стоимость бытовых ветроустановок:
- Мощность ветроустановки (расчетная выходная мощность, кВт)
- Качество установки и производственные возможности
- Скорость ветра необходима для правильной работы блока (возможно, один из наиболее важных факторов)
- Тип турбины (горизонтальная или вертикальная ось)
- Размер турбины (проверьте эту ссылку
от высоты ступицы, диаметра ротора и паспортной мощности) - Стоимость установки
Учитывая все вышеперечисленные факторы, проект ветряной турбины уникален, и цены могут быть только ориентировочными, исходя из уникальных обстоятельств вышеуказанных факторов.
Хотя ветряные турбины могут быть более безопасными для окружающей среды и в долгосрочной перспективе могут стать отличной инвестицией, также важно учитывать, сколько ветра фактически производится в том месте, где планируется установка ветряной турбины. Эти
карты ветра могут помочь оценить среднюю скорость ветра за последние месяцы, и после того, как это будет принято во внимание, необходимо дополнительно учитывать строительные нормы и правила, чтобы взяться за такой проект.